JP2020201060A - 交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置において、電路に存在する電源との干渉を避けて、対地絶縁抵抗の低下を監視する。【解決手段】整流回路７は、交流非接地電路の電圧を整流する。電圧検出手段４１は、整流された直流電圧を電圧検出信号として検出する。分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３は、この直流電圧を分圧する。切替手段４２は、補助分圧抵抗体Ｒ６を正極側と負極側に交互に切り替えて分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３の分圧比を変更する。電流検出手段４３は、大地間に流れる電流を電流検出信号として検出する。演算手段４７は、電流検出信号と電圧検出信号を入力し、正極側に切り替えたときの電流検出信号と負極側に切り替えたときの電流検出信号から正極側絶縁抵抗Ｒ２および負極側絶縁抵抗Ｒ４を算出し、正極側絶縁抵抗Ｒ２と負極側絶縁抵抗Ｒ４に基づいて、対地絶縁抵抗Ｒｇを演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、交流非接地電路における電路と大地間の絶縁を監視する技術に関する。

直流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置としては特許文献１，２が開示されている。

一方、交流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置としては、従来、図１３に示すような信号注入型のものが用いられている。図１３において、１は三相交流の電源、５は監視装置、Ｒｇは対地絶縁抵抗、Ｒｇｕ，Ｒｇｖ，Ｒｇｗは各相の対地絶縁抵抗、Ｃｇは対地静電容量、Ｃｇｕ，Ｃｇｖ，Ｃｇｗは各相の対地静電容量を示している。監視装置５は、検出用信号を出力する電圧源Ｖｓと、検出用抵抗Ｒｄと、電圧検出器Ｖと、を備える。電源１と電圧源Ｖｓと間には、内部インピーダンスＺｏを有し、内部インピーダンスＺｏ（高インピーダンス）は、Ｚｏ＝Ｒｏ＋ｊωＬｏで表される。

電路の商用周波数と異なる電圧源Ｖｓを使用して、電路とアース間にコモンモードで検出用信号を注入し、対地インピーダンスを通ってアースから戻ってくる電流Ｉｇを利用して対地絶縁抵抗Ｒｇを検出する。検出用信号を出力する電圧源Ｖｓは直流を使用する場合と、交流を使用する場合がある。

特許５５１４８４２号 特許６１０１３２２号

図１３に示すような交流非接地線路用の絶縁抵抗監視装置において、対地静電容量の影響を受けないよう検出用信号を出力する電圧源Ｖｓに直流を使用した場合、対地絶縁抵抗Ｒｇは以下の（１）式のように算出できる。

しかし、図１４に示すように、負荷にＵＰＳ（無停電電源装置）などが接続されると、内部の回路に直流があり、その直流地絡電流Ｉｕｐｓが監視装置５に流れ込む。その結果、検出電流がＩｇ＋Ｉｕｐｓとなり、誤検出の原因になる。

直流と商用周波と商用周波の高調波を避けて、検出用信号を出力する電圧源Ｖｓに低周波の交流を使用した場合、交流を使用するため内部インピーダンスを純抵抗に変更する。交流であるため、検出用信号は対地静電容量の容量性リアクタンスにも流れ、対地絶縁抵抗Ｒｇ，対地静電容量Ｃｇ，対地インピーダンスＺｇ，対地インピーダンスに流れる電流Ｉｚｇは以下の（２）式となる。Ｉｇｒは対地絶縁抵抗に流れる電流、Ｉｇｃは対地静電容量に流れる電流を示す。

図１５に示すように、負荷に電動機ＩＭなどの可変速周波数負荷などが接続されると、インバータＩＮＶ内部の直流との干渉を避けられるが、低速域動作時の低周波地絡電流Ｉａｃが、監視装置５に流れ込み、検出電流がＩｚｇ＋Ｉａｃとなり、誤検出の原因になる。

また、低域動作時を避けるため、検出用信号の周波数を高くすると対地静電容量の容量性リアクタンスが小さくなり、対地静電容量に流れる電流Ｉｇｃが増えるため、対地インピーダンスに流れる電流Ｉｇｚから対地絶縁抵抗に流れる電流Ｉｇｒを取り出し難くなる。また、対地静電容量Ｃｇが大きくなると、検出用信号の周波数を高くするのと同様の問題が発生する。

以上示したようなことから、交流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置において、電路に存在する電源との干渉を避けて、対地絶縁抵抗の低下を監視することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、交流非接地電路の電圧を整流する整流回路と、整流された直流電圧を電圧検出信号として検出する電圧検出手段と、前記直流電圧を分圧する分圧用抵抗体と、補助分圧抵抗体を正極側と負極側に交互に切り替えて前記分圧用抵抗体の分圧比を変更する切替手段と、前記切替手段と大地間に設けられ、大地間に流れる電流を電流検出信号として検出する電流検出手段と、前記電流検出信号と前記電圧検出信号を入力し、正極側に切り替えたときの前記電流検出信号と負極側に切り替えたときの前記電流検出信号から正極側絶縁抵抗および負極側絶縁抵抗を算出し、前記正極側絶縁抵抗と前記負極側絶縁抵抗に基づいて、対地絶縁抵抗を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。

また、その一態様として、前記対地絶縁抵抗は、前記正極側絶縁抵抗と前記負極側絶縁抵抗を並列合成して求めることを特徴とする。

また、その一態様として、前記演算手段は、前記正極側絶縁抵抗、前記負極側絶縁抵抗を以下の（２１）式，（２７）式により算出することを特徴とする。

Ｒ２：正極側絶縁抵抗
Ｒ４：負極側絶縁抵抗
Ｖ：直流電圧
Ｒ１，Ｒ３：分圧用抵抗体
Ｒ６：補助分圧抵抗体
Ｒ５：電流検出手段の検出用抵抗体
Ｖ２ａ＝Ｖ１ａ＋Ｖ５ａ
Ｖ２ｂ＝Ｖ１ｂ＋Ｖ５ｂ
Ｖ４ａ＝Ｖ３ａ―Ｖ５ａ
Ｖ４ｂ＝Ｖ３ｂ−Ｖ５ｂ
Ｖ１ａ：Ｒ１の電圧
Ｖ１ｂ：Ｒ１ｂの電圧
Ｖ３ａ：Ｒ３ａの電圧
Ｖ３ｂ：Ｒ３の電圧
Ｒ１ｂ＝Ｒ１＋Ｒ６
Ｒ３ａ＝Ｒ３＋Ｒ６
Ｖ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５の電圧
Ｖ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５の電圧
Ｉ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流
Ｉ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流。

また、その一態様として、前記演算手段は、前記切替手段を切り替えたときの過渡現象の前記電圧検出信号を正極側，負極側で同じ時間幅でそれぞれ複数回計測し、検出された今回の電圧検出信号と前回の電圧検出信号との電圧差を微分値で求め、前記微分値から正極側、負極側の各時定数を求め、前記各時定数から分圧比を変更した時のピーク電圧を演算し、過渡現象が終息したときの正極側の最終電圧値，負極側の最終電圧値を演算し、前記正極側の最終電圧をＶ５ａ、前記負極側の最終電圧値をＶ５ｂとすることを特徴とする。

本発明によれば、交流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置において、電路に存在する電源との干渉を避けて、対地絶縁抵抗の低下を監視することが可能となる。

三相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置を示す回路構成図。 三相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置の直流等価回路図。 単相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置を示す回路構成図。 単相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置の直流等価回路図。 絶縁抵抗監視装置の直流等価回路図。 それぞれの電源における負極、正極の絶縁抵抗として見た場合の概略図。 特許文献２における絶縁抵抗監視装置を示す概略構成図。 特許文献２における絶縁抵抗監視装置を示す等価回路図。 正極側電路と大地間の絶縁抵抗計測時の等価回路図。 負極側電路と大地間の絶縁抵抗計測時の等価回路図。 検出用抵抗体の波形図。 過渡現象終息前の検出用抵抗体の波形図とサンプリング時刻の説明図。 従来における交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置を示す概略図。 従来の絶縁抵抗監視装置にＵＰＳを接続した場合の概略図。 従来の絶縁抵抗監視装置に電動機を接続した場合の概略図。

以下、本願発明における交流非接地電路用の絶縁抵抗監視装置の実施形態１，２を図１〜図１２に基づいて詳述する。

［実施形態１］
本実施形態１では、電路に存在する電源との干渉を避けて、対地絶縁抵抗の低下を監視する。方法としては、検出用の中性点接地抵抗と対地インピーダンスから計算で求める。

交流の場合、三相と単相、結線、周波数、対地静電容量など、要素が多く複雑になる。よって、交流電路を直流化することで、交流としての影響を無くして対地絶縁抵抗を計測する。ただし、交流を整流した直流回路から交流回路を見た場合、等価的に直流電路の中性点に見えるため、直流回路の中性点の対地絶縁抵抗を計測する方法で課題解決する。

図１は、三相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置の回路構成図である。直流回路６は、交流電圧を直流電圧に整流する整流回路７と、平滑コンデンサＣと、分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３と、検出用抵抗Ｒ５と、を備える。三相交流の電源１のＵ相−Ｖ相間電圧、Ｖ相−Ｗ相間電圧、Ｗ相−Ｕ相間電圧はそれぞれＶａｃとなる。

分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３を可変として示しているのは、後述する補助分圧抵抗体Ｒ６を接続して分圧比を変更することを模したものである。その他、図１３と同様の箇所は同一符号を付してその説明を省略する。

図２は、図１の直流回路６を直流等価回路として表したものである。直流回路６を、等価回路で表すと、直流電源８ｐ，８ｎと、平滑コンデンサＣと、分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３と、検出用抵抗Ｒ５と、で示される。直流電源８ｐ，８ｎの電圧は、それぞれ√２Ｖａｃ／２となる。

三相交流非接地電路の場合、対地絶縁抵抗Ｒｇは、以下の（３）式となる。

図３は、単相交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置の回路構成図である。単相交流電源１のＵ相−Ｖ相間電圧はＶａｃとなる。また、図１と同様の直流回路６を有する。

図４は、図３の直流回路６を等価回路として表したものである。単相交流非接地電路でも三相交流非接地電路と同様の等価回路となる。

なお、単相交流非接地電路の場合、対地絶縁抵抗Ｒｇは以下の（４）式となる。

なお、実際の計算においては、電路が三相か単相かを見分ける必要がなく、（３）式の分母・分子をＲｇｗで除して、Ｒｇｗのｌｉｍ→∞をとると、（４）式になるため、単相でも（３）式で計算を行う。

図５は、交流非接地電路および直流回路６を直流等価回路として示した図である。図５に示すように、単相、三相とも同じ直流等価回路として表せる。直流への変換を行ったとき、直流電路は装置内部にあるため、直流電路とアース間の絶縁抵抗は数十ＭΩの高絶縁抵抗となり、監視対象電路の絶縁抵抗（絶縁低下）に影響を与えない。このため、図５の等価回路ではＰ−Ｅ間の絶縁抵抗、Ｎ−Ｅ間の絶縁抵抗を示していない。この状態では直流の中性点の絶縁低下監視であり、中性点抵抗接地方式では直流の対アース電圧が均等（√２Ｖａｃ／２＝Ｖｄｃ／２）で平衡しているため、検出用の電流が検出用抵抗Ｒ５に流れずに絶縁抵抗を検出できない。

このため、直流の中性点絶縁低下を検出可能な直流絶縁抵抗検出方法が必要となる。そこで、特許文献１の方法を用いて、後述する正極側絶縁抵抗Ｒ２、負極側絶縁抵抗Ｒ４を計算し、対地絶縁抵抗Ｒｇを算出する。ただし、特許文献１の技術は直流正極と大地間の正極側絶縁抵抗Ｒ２、負極と大地間の負極側絶縁抵抗Ｒ４を別々に計測する方法であるため、中性点の絶縁抵抗がどのように正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４に等価的に換算されるかを検討する。

計測しているのは直流電圧Ｖｄｃであるため、重ね合わせの理を使用してそれぞれの電源における絶縁抵抗を計算して合成する原理を考える。

図６（ａ）は直流電源８ｐに対して、対地絶縁抵抗Ｒｇを負極の絶縁抵抗として見た場合の等価回路図である。この場合、正極の絶縁抵抗は∞（特許文献１の正極側絶縁抵抗Ｒ２）、負極の絶縁抵抗はＲ４（特許文献１の負極側絶縁抵抗Ｒ４）となる。

図６（ｂ）は直流電源８ｎに対して、対地絶縁抵抗Ｒｇを正極の絶縁抵抗として見た場合の等価回路図である。この場合、正極の絶縁抵抗はＲ２（特許文献１の正極側絶縁抵抗Ｒ２）、負極の絶縁抵抗は∞（特許文献１の負極側絶縁抵抗Ｒ４）となる。

対地絶縁抵抗Ｒｇと負極側絶縁抵抗Ｒ４と正極側絶縁抵抗Ｒ２との関係は以下の（５）式となる。

（特許文献１を利用して正極側絶縁抵抗Ｒ２、負極側絶縁抵抗Ｒ４を計算し、対地絶縁抵抗Ｒｇを検出する際の実際の計測値）
理論計算としては、重ね合わせの理を利用して分離しそれぞれの計算結果が中性点の絶縁抵抗として計算されるが、実際には分離できない。よって、それぞれのＶｄｃ／２をまとめて計測して計算に使用するため、負極側絶縁抵抗Ｒ４と正極側絶縁抵抗Ｒ２と対地絶縁抵抗Ｒｇとの関係は以下の（６）式となる。

このため、対地絶縁抵抗Ｒｇは、正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４を並列合成して、以下の（７）式のように求める。

ここで、単純に対地絶縁抵抗Ｒｇを負極側絶縁抵抗Ｒ４または正極側絶縁抵抗Ｒ２の１／２としないのは、実機では直流電圧Ｖｄｃが理想的に１／２ではなく、直流電圧Ｖｄｃの比率により、２Ｒｇが１．９８Ｒｇや、２．０１Ｒｇなどとして計測されるためである。

以下のとおり、検出する電流は直流電圧の分圧比によるため、また、回路を増やして直流電圧の分圧比を計測しないで済むように、計算した抵抗値を１／２ではなく、並列合成とすることで正確に計算できる。

特許文献１の計算方法をそのまま利用して以下の様に求める。負極側絶縁抵抗Ｒ４の計算は、以下の（８）式となる。

ここで、実際に流れている検出した電流Ｉｇ１は、以下の（９）式となる。

（８）式に（９）式の検出した電流Ｉｇ１を代入して計算すると、負極側の絶縁抵抗Ｒ４は以下の（１０）式となる。

正極側絶縁抵抗Ｒ２も負極側絶縁抵抗Ｒ４と同様に計算する。正極側絶縁抵抗Ｒ２の計算は、以下の（１１）となる。

ここで、実際に流れている検出した電流Ｉｇ２は、以下の（１２）式となる。

（１１）式に（１２）式の検出した電流Ｉｇ２を代入して計算すると、正極側絶縁抵抗Ｒ２は以下の（１３）式となる。

ここで、特許文献２の絶縁抵抗監視装置を説明する。図７は特許文献２の絶縁抵抗監視装置４の構成図を示したものである。図７において、１は直流電源、２，３は直流電源１に接続されている正極及び負極側の正極電路及び負極電路、４は絶抵抗縁監視装置を示す。電圧検出手段４１は電路電圧Ｖを取り込み電圧検出信号として検出する。分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３は、電路電圧Ｖを分圧する。分圧比の切替手段４２は、分圧用抵抗体Ｒ１とＲ３の分圧比を補助分圧抵抗体Ｒ６を切り替えて変更する。

４３は検出用抵抗Ｒ５を有する電流検出手段で、分圧比の切替手段４２と大地Ｅ間に接地線４４を介して接続され、検出用抵抗Ｒ５から大地Ｅ間に流れる電流を電流検出信号として検出する。増幅回路４５は電流検出手段４３の電流検出信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器４６は増幅回路４５の出力信号と電圧検出手段４１で検出した電圧検出信号を入力し、これら入力信号をＡ／Ｄ変換器４６でデジタル信号に変換して演算手段４７に入力する。

図７において、切替制御手段４８は演算手段４７からの指令により分圧比の切替手段４２内の接点を切り替える。この切り替えは、正極Ｐ側の分圧用抵抗体Ｒ１に接続される接点をａ側接点、負極Ｎ側の分圧用抵抗体Ｒ３に接続される接点をｂ側接点とし、一方がオンのとき他方がオフとなって所定の時間間隔でオン・オフ制御される。補助分圧抵抗体Ｒ６は、ａ側接点がオンのとき分圧用抵抗体Ｒ３と直列に接続されて、分圧比はＲ１／（Ｒ３＋Ｒ６）となって分圧比が変更される。ｂ側接点オンのときも同様に（Ｒ１＋Ｒ６）／Ｒ３に変更される。

Ｒ２は検出監視しようとする正極側電路２（正極Ｐ）と大地Ｅ間の正極側絶縁抵抗、Ｒ４は負極側電路３（負極Ｎ）と大地Ｅ間の負極側絶縁抵抗で、Ｃ２は正極側電路２と大地Ｅ間の正極側対地静電容量、Ｃ４は負極側電路３と大地Ｅ間の負極側対地静電容量である。この正極側絶縁抵抗Ｒ２、負極側絶縁抵抗Ｒ４は電路が正常の状態では無限大に近く、電路と大地間の絶縁が劣化することにより抵抗値に変化が現れる。

今、正極側電路２と大地Ｅ間の絶縁が劣化して正極側絶縁抵抗Ｒ２が発生すると、分圧比の切替手段４２の接点ａ側がオン、ｂ側がオフ状態のときは、分圧用抵抗体Ｒ３に補助分圧抵抗体Ｒ６が加わり、分圧比はＲ１／（Ｒ３＋Ｒ６）となって分圧された電流は電流検出手段４３から大地Ｅに流れる。接点ｂ側がオン、接点ａ側がオフのときには、分圧比は（Ｒ１＋Ｒ６）／Ｒ３となり、分圧された電流は電流検出手段４３から大地Ｅに流れる。

電流検出手段４３は、切替手段４２で分圧比を切り替えたときに流れる電流をそれぞれ検出し、電流検出信号を増幅回路４５、Ａ／Ｄ変換器４６を介して演算手段４７に入力する。演算手段４７は、それぞれの電流検出信号と電圧検出手段４１からの電圧検出信号を基に正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４を算出する。演算手段４７での演算結果は、計測表示手段４９において可視可能な状態で数字やグラフなどで表示する。また、警報手段５０で、絶縁抵抗値が予め設定した値以下となったとき音や光によって警報を発する。

図８は、演算手段４７による演算説明用の等価回路図を示したものである。また、図９は、図８における分圧比の切替手段４２のａ側接点がオン、ｂ側接点がオフの場合を示し、図１０は、ａ側接点がオフ、ｂ側接点がオンの場合をそれぞれ示したものである。

以下、これら各等価回路によって正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４の抵抗値の算出について説明する。なお、式中での記号ａ，ｂの符号は、ａ側接点及びｂ側接点がそれぞれオンの状態を示し、Ｉ１〜Ｉ５及びＶ１〜Ｖ５はそれぞれ分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３、検出用抵抗Ｒ５、正負極側絶縁抵抗Ｒ２，Ｒ４に流れる電流およびその抵抗間の電圧を示す。また、Ｒ３ａはＲ３＋Ｒ６、Ｒ１ｂはＲ１＋Ｒ６を示している。

すなわち、Ｖ：電路電圧（ＰＮ間電圧），Ｒ１，Ｒ３：分圧用抵抗体，Ｒ２：正極側絶縁抵抗，Ｒ４：正極側絶縁抵抗，Ｒ６：補助分圧抵抗体，Ｒ５：電流検出手段の検出用抵抗体，Ｖ２ａ＝Ｖ１ａ＋Ｖ５ａ，Ｖ２ｂ＝Ｖ１ｂ＋Ｖ５ｂ，Ｖ４ａ＝Ｖ３ａ―Ｖ５ａ，Ｖ４ｂ＝Ｖ３ｂ−Ｖ５ｂ，Ｖ１ａ：Ｒ１の電圧，Ｖ１ｂ：Ｒ１ｂの電圧，Ｖ３ａ：Ｒ３ａの電圧，Ｖ３ｂ：Ｒ３の電圧，Ｒ１ｂ＝Ｒ１＋Ｒ６，Ｒ３ａ＝Ｒ３＋Ｒ６，Ｖ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５の電圧，Ｖ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５の電圧，Ｉ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流，Ｉ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流を示す。

＜ａ側接点オン、ｂ側接点オフのとき＞
最初に電路電圧Ｖと検出用抵抗Ｒ５の電圧Ｖ５ａを計測する。この電圧Ｖ５ａからそこに流れる電流Ｉ５ａをＶ５ａ／Ｒ５で求め、次に（１４）式から分圧用抵抗体Ｒ１に流れる電流Ｉ１ａを求める。

そして、分圧用抵抗体Ｒ１の電圧Ｖ１ａは、Ｖ１ａ＝Ｉ１ａ×Ｒ１で求める。

次に、抵抗Ｒ３ａに流れる電流Ｉ３ａは、Ｉ３ａ＝Ｉ１ａ≡Ｉ５ａで求まり、その電圧Ｖ３ａはＩ３ａ×Ｒ３ａで求まる。次に、正極側絶縁抵抗Ｒ２の電圧Ｖ２ａは、Ｖ２ａ＝Ｖ１ａ＋Ｖ５ａで求め、負極側絶縁抵抗Ｒ４の電圧Ｖ４ａは、Ｖ３ａ−Ｖ５ａで求まる。正極側絶縁抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２ａは（１５）式で求まり、また、正極側絶縁抵抗Ｒ２は（１６）式で求まる。

＜ｂ側接点オン、ａ側接点オフのとき＞
最初に電路電圧Ｖと検出用抵抗Ｒ５の電圧Ｖ５ｂを計測する。この電圧Ｖ５ｂからそこに流れる電流Ｉ５ｂをＶ５ｂ／Ｒ５で求め、次に（１７）式から分圧用抵抗体Ｒ１に流れる電流Ｉ１ｂを求める。

そして、抵抗Ｒ１ｂの電圧Ｖ１ｂは、Ｖ１ｂ＝Ｉ１ｂ×Ｒ１ｂで求める。次に、分圧用抵抗体Ｒ３に流れる電流Ｉ３ｂは、Ｉ３ｂ＝Ｉ１ｂ≡Ｉ５ｂで求まり、その電圧Ｖ３ｂはＩ３ｂ×Ｒ３で求まる。次に、正極側絶縁抵抗Ｒ２の電圧Ｖ２ｂはＶ２ｂ＝Ｖ１ｂ＋Ｖ５ｂで求め、負極側絶縁抵抗Ｒ４の電圧Ｖ４ｂはＶ３ｂ−Ｖ５ｂで求まる。正極側絶縁抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２ｂは（１８）式で求まり、また、正極側絶縁抵抗Ｒ２は（１８）式より（１９）式で求まる。

（１６）式と（１９）式による計算結果から、（２０）式となる。

よって、負極側絶縁抵抗Ｒ４は、（２１）式となる。

同様に、（２２）式〜（２５）式となる。

（２３），（２５）式の両計算結果から（２６）式が成り立つ。

これから正極側絶縁抵抗Ｒ２は、（２７）式となる。

以上が特許文献２の説明である。本実施形態１では、三相交流、または、単相交流の電路に図１，図３に示すような整流回路７、平滑コンデンサＣを接続して整流し、整流された直流回路のＰ，Ｎに、図７の絶縁抵抗監視装置４を設けたものである。

本実施形態１では、特許文献２と同様に、電流検出手段４３において切替手段４２で分圧比を切り替えた時の電流を検出し、電流検出信号を増幅回路４５、Ａ／Ｄ変換器４６を介して演算手段４７に入力する。演算手段４７は、分圧比を切り替えた時のそれぞれの電流検出信号と電圧検出信号に基づいて、（２１）式、（２７）式で正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４を求め、（７）式により正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４から対地絶縁抵抗Ｒｇを求める。なお、本実施形態１では、電路電圧ＶをＰＮ間の直流電圧Ｖとする。

以上示したように、本実施形態１における受動方式の交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置によれば、電路に存在する電源との干渉を避けて、対地絶縁抵抗の低下を監視することが可能となる。

また、本実施形態１は、機器構成は特許文献２と同様で、Ｐ，Ｎ入力の前段にダイオード三相全波整流回路を付加し、交流入力とする。また、交流非接地電路と対地間の絶縁抵抗を一括計測し、計測表示手段４９で表示することが可能となる。また、警報閾値を設け、対地絶縁抵抗が閾値を下回った時に警報手段５０で警報を発することが可能となる。

［実施形態２］
次に、特許文献２を利用して対地静電容量の影響を除去する方法を説明する。

従来の絶縁抵抗監視装置では、監視する電路と大地間に対地静電容量がないか、あってもその値が小さいため、電流検出手段４３で検出する電流検出信号に対地静電容量の影響がないものとして演算している。しかし、実施形態１の検出方法は、分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３の分圧比を、補助分圧抵抗体Ｒ６を正極側と負極側に交互に切り替えて変更するため、電路と大地間に大きな対地静電容量が存在すると電流検出手段４３が有する検出用抵抗Ｒ５に過渡電流が流れ電圧が安定するまでに時間がかかり、切替時間が短いと正確な電圧が計測できない。このため、電圧が安定するまで切替時間を長くすると検出に時間が掛かり過ぎるという問題があった。また、切替時間を長くするとこの間に電路電圧が大きく変動してしまうことがあり、演算結果に誤差が生じて正確な絶縁抵抗の検出ができなくなる課題があった。

交流電路の対地静電容量Ｃｇも、対地絶縁抵抗Ｒｇと同様に直流電圧の中性点として見えるため、正極側絶縁抵抗Ｒ２，負極側絶縁抵抗Ｒ４と同様に考えられ、直流等価回路から見た場合に正負極と大地間に交流電路の対地静電容量が存在するように見える。このため、特許文献２の計算を利用して、過渡応答が終わる前に最終値を推定し検出する。

今、図７で示した対地静電容量Ｃ２，Ｃ４が有る状態での検出用抵抗Ｒ５の波形は図１１（ａ）のようになり、過渡現象が終息したときの検出用抵抗Ｒ５の電圧Ｖ５ａ＝Ｖ５ａｒ，Ｖ５ｂ＝Ｖ５ｂｒは、過渡現象が終息するまで待たないと計測できない。本実施形態２は、この電圧Ｖ５ａ及びＶ５ｂを過渡現象の終息を待たずに演算手段４７により、電流検出手段４３に生じる電圧変化量から最終の検出電圧を演算するものである。以下、演算手段４７による演算を具体的に説明する。

切替手段４２で正極側、負極側の分圧用抵抗体Ｒ１，Ｒ３に補助分圧抵抗体Ｒ６を交互に接続して分圧比を変更したときに、Ｐ，Ｎと大地間の対地静電容量と絶縁抵抗および分圧用抵抗体と補助分圧抵抗体で電流検出手段４３に生じる電圧変化量から正極側の時定数τａと負極側の時定数τｂを求め、この時定数τａ，τｂから過渡現象が終息したときの電流検出手段４３における検出信号Ｖ５ａ，Ｖ５ｂを下記により演算する。

先ず、図１２で示すように切替手段４２によりａ接点オンで分圧比を変更したときの時間ｔ０からｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４時間が経過したときの検出用抵抗Ｒ５の各電圧値Ｖ５ａ（ｔ１）、Ｖ５ａ（ｔ２）、Ｖ５ａ（ｔ３）、Ｖ５ａ（ｔ４）を計測し、時間ｔ２−ｔ１の時間差と電圧Ｖ５ａ（ｔ２）−Ｖ５ａ（ｔ１）の電圧差から（２８）式で電圧Ｖ５ａ（ｔ２）の微分値Ｖ５ａ（ｔ２）’を求める。

同様に時間ｔ４−ｔ３の時間差と電圧Ｖ５ａ（ｔ４）−Ｖ５ａ（ｔ３）の電圧差から（２９）式で電圧Ｖ５ａ（ｔ４）の微分値Ｖ５ａ（ｔ４）’を求める。

ただし、同じ時間幅の微分値とするため、（ｔ２−ｔ１）＝（ｔ４−ｔ３）とする。次に、（２８）、（２９）式で求めた微分値Ｖ５ａ（ｔ２）’、Ｖ５ａ（ｔ４）’から（３０）式により時定数τａを求める。

ただし、ｌｎは自然対数。

次に、時定数τａからａ接点オンで分圧比を変更したときの時間ｔ０でのピーク電圧Ｖ５ａｃを（３１）式により求める。

次に、過渡現象が終息したときの最終電圧値Ｖ５ａｒを（３２）式により求める。

ただし、ｔｘは過渡現象が終息するまでの任意の時間で、Ｖ５ａ（ｔｘ）はその時の電圧計測値とする。

切替手段４２によりｂ接点オンで分圧比を変更したときの時間ｔ５からｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９時間が経過したときの検出用抵抗Ｒ５の各電圧値Ｖ５ｂ（ｔ６）、Ｖ５ｂ（ｔ７）、Ｖ５ｂ（ｔ８）、Ｖ５ｂ（ｔ９）を計測し、時間ｔ７−ｔ６の時間差と電圧Ｖ５ｂ（ｔ７）−Ｖ５ｂ（ｔ６）の電圧差から（３３）式で電圧Ｖ５ｂ（ｔ７）の微分値Ｖ５ｂ（ｔ７）’を求める。

同様に時間ｔ９−ｔ８の時間差と電圧Ｖ５ｂ（ｔ９）−Ｖ５ｂ（ｔ８）の電圧差から（３４）式で電圧Ｖ５ｂ（ｔ９）の微分値Ｖ５ｂ（ｔ９）’を求める。

ただし、同じ時間幅の微分値とするため、（ｔ７−ｔ６）＝（ｔ９−ｔ８）とする。次に、（３３）、（３４）式で求めた微分値Ｖ５ｂ（ｔ９）’、Ｖ５ｂ（ｔ７）’から（３５）式により時定数τｂを求める。

ただし、ｌｎは自然対数。

次に、時定数τｂからｂ接点オンで分圧比を変更したときの時間ｔ５でのピーク電圧Ｖ５ｂｃを（３６）式により求める。

次に、過渡現象が終息したときの最終電圧値Ｖ５ｂｒを（３７）式により求める。

ただし、ｔｘは過渡現象が終息するまでの任意の時間で、Ｖ５ｂ（ｔｘ）はその時の電圧計測値とする。

なお、上記では計測点を４点として説明したが、Ｖ５ａ（ｔｘ）またはＶ５ｂ（ｔｘ）を計測する時間を等間隔とすることで任意の３点でも構わない。

過渡現象が終息したときの正極側の最終電圧値Ｖ５ａｒ、負極側の最終電圧値Ｖ５ｂｒをＶ５ａ，Ｖ５ｂとして、演算手段４７により正極側絶縁抵抗Ｒ２と負極側絶縁抵抗Ｒ４の演算を行う。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

４…絶縁抵抗監視装置
７…整流回路
４１…電圧検出手段
４２…切替手段
４３…電流検出手段
４４…接地線
４５…増幅回路
４６…Ａ／Ｄ変換器
４７…演算手段
４８…切替制御手段
４９…計測表示手段
５０…警報手段
Ｒ１，Ｒ３…分圧用抵抗体
Ｒ２…正極側絶縁抵抗
Ｒ４…負極側絶縁抵抗
Ｒ５…検出用抵抗
Ｒ６…補助分圧抵抗体
Ｒｇ…対地絶縁抵抗
Ｃｇ…対地静電容量

Claims (4)

1. 交流非接地電路の電圧を整流する整流回路と、
   整流された直流電圧を電圧検出信号として検出する電圧検出手段と、
   前記直流電圧を分圧する分圧用抵抗体と、
   補助分圧抵抗体を正極側と負極側に交互に切り替えて前記分圧用抵抗体の分圧比を変更する切替手段と、
   前記切替手段と大地間に設けられ、大地間に流れる電流を電流検出信号として検出する電流検出手段と、
   前記電流検出信号と前記電圧検出信号を入力し、正極側に切り替えたときの前記電流検出信号と負極側に切り替えたときの前記電流検出信号から正極側絶縁抵抗および負極側絶縁抵抗を算出し、前記正極側絶縁抵抗と前記負極側絶縁抵抗に基づいて、対地絶縁抵抗を演算する演算手段と、
   を備えたことを特徴とする交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置。
2. 前記対地絶縁抵抗は、前記正極側絶縁抵抗と前記負極側絶縁抵抗を並列合成して求めることを特徴とする請求項１記載の交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置。
3. 前記演算手段は、
   前記正極側絶縁抵抗、前記負極側絶縁抵抗を以下の（２１）式，（２７）式により算出することを特徴とする請求項１または２記載の交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置。
   

   

   

   Ｒ２：正極側絶縁抵抗
   Ｒ４：負極側絶縁抵抗
   Ｖ：直流電圧
   Ｒ１，Ｒ３：分圧用抵抗体
   Ｒ６：補助分圧抵抗体
   Ｒ５：電流検出手段の検出用抵抗体
   Ｖ２ａ＝Ｖ１ａ＋Ｖ５ａ
   Ｖ２ｂ＝Ｖ１ｂ＋Ｖ５ｂ
   Ｖ４ａ＝Ｖ３ａ―Ｖ５ａ
   Ｖ４ｂ＝Ｖ３ｂ−Ｖ５ｂ
   Ｖ１ａ：Ｒ１の電圧
   Ｖ１ｂ：Ｒ１ｂの電圧
   Ｖ３ａ：Ｒ３ａの電圧
   Ｖ３ｂ：Ｒ３の電圧
   Ｒ１ｂ＝Ｒ１＋Ｒ６
   Ｒ３ａ＝Ｒ３＋Ｒ６
   Ｖ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５の電圧
   Ｖ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５の電圧
   Ｉ５ａ：補助電圧抵抗体が正極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流
   Ｉ５ｂ：補助電圧抵抗体が負極側に切り替えられた時のＲ５に流れる電流
4. 前記演算手段は、
   前記切替手段を切り替えたときの過渡現象の前記電圧検出信号を正極側，負極側で同じ時間幅でそれぞれ複数回計測し、
   検出された今回の電圧検出信号と前回の電圧検出信号との電圧差を微分値で求め、
   前記微分値から正極側、負極側の各時定数を求め、
   前記各時定数から分圧比を変更した時のピーク電圧を演算し、過渡現象が終息したときの正極側の最終電圧値，負極側の最終電圧値を演算し、
   前記正極側の最終電圧をＶ５ａ、前記負極側の最終電圧値をＶ５ｂとすることを特徴とする請求項３記載の交流非接地電路の絶縁抵抗監視装置。

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